《半导体三极管》PPT课件

其实ＩＢ＝０时, ＩＣ并不等于零, 而是等于穿透电流ICEO。 一般硅三极管的穿透电流小于１μA, 在特性曲线上无法表示出来。锗
三极管的穿透电流约几十至几百微安。
当发射结反向偏置时, 发射区不再向基区注入电子, 则三极管处于截 止状态。所以, 在截止区, 三极管的两个结均处于反向偏置状态。对ＮＰＮ三 极管, ＵＢＥ＜０, ＵBC＜０。
b
B1
b2
当Rb>>rbe时
r R r r //
i
b
be
be
3）输出电阻ro 在图3-11中,根据戴维南定理可得：
ro RC
4） 考虑信号源内阻时所画出的微变等效电路,可以得出
第二章 半 导 体 三极管
半导体三极管：输入、输出特性，参数 共射极放大电路：静态工作点，交流放大电路计算 其它组态放大电路 多级放大电路 特殊三极管
第1节 半导体三极管
3AX81
3AX1
3DG4
3AD10
(a)
(b)
(c)
(d)
图 2 - 1 几种半导体三极管的外形
半 导 体 三 极 管 实 物 图
rbe
为
e
一
个 电
ib
b
c
ic
阻
ube
rbe
ib uce
e
输出回路等校为 一个受控电源
c
ic
ib uce e
u u rbe
BE
常数 uCE
be
i i B
b
根据三极管输入回路结构分析,rbe的数值可以用下
列公式计算:
r r be
bb (1 )
26(mV ) (mV )
I EQ
三极管集(电)-(发)
作用： 1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得 到了放大，输出信号的能量得到了加强。 2. 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管 的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。
一、 放大电路的组成
放大电路的结构示意框图
实际放大电路
1 电路元件及组成
（1）三极管T：放大电路的核心部件。
UBB
输入 回路
Rc IC ＋
mA
－ IB
A
＋
＋
uBE
V －
V UCE －
输出 回路
UCC
三极管电流关系的一组典型实验数据
IB/mA -0.001 0 IC/mA 0.001 0.01
IE/mA
0
0.01
0.01 0.56 0.57
0.02 0.03 0.04 0.05 1.14 1.74 2.33 2.91 1.16 1.77 2.37 2.96
2.1.1 晶体三极管的工作原理
一、晶体三极管的结构和符号
箭头方向表示发 射结加正向电压
时的电流方向
无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区: 发射区、基 区和集电区, 并相应地引出三个电极：发射极（Emitter） 、基极（Base） 和集电极（Collector） 。同时,在三个区的两两交界处, 形成两个PN结： 分别称为发射结和集电结。
2 放大电路基本概念
(1) 静态和动态
u 0 静态——
时，放大电路的工作状态，
也称直流工作状态。i
动态—— 。
u 0 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态 i
放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必 须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。
(2) 直流通道和交流通道
u i r i b be
i R R b L
L
Au
i r r b be
be
式中“-”表示输入信号与输出信号相位反相。
(b）求空载电压放大倍数Au′。即不接负载RL,RL→∞,
RL RC // RL RC
R C AL
rbe
2）输入电阻ri
ri
ui Ii
R r// b be
R R R ( // )
号ui时,电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的。
（1）交流负载线
A 通过输出特性曲线上的Q点做 一条直线，其斜率为-1/R‘L
B R’L= RL∥Rc，是交流负载
电阻 C 交流负载线是有交流输入信
号时Q点的运 动轨迹
D 交流负载线与直流负载线相
交Q点
放大电路动态工作状态图解分析
(2)交流工作状态的图解分析
与二极管类似
UBE / V
2.输出特性
IC / mA
当ＩＢ不变时, 输出回路中 的电流ＩＣ与电压ＵＣＥ之间 的关系曲线称为输出特性, 即
4
饱 和
3
区
2
1
0
IC f (UCE ) IB 常数
IB＝80 A 放
60 A
大 40 A
区 20 A
0 A
5
10
15
截止区
UCE / V
(1) 截止区。
一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区, 在图中为ＩＢ＝０的一条曲线的以 下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于零, 因而此时三极 管没有放大作用。
(3) 饱和区。
曲线靠近纵轴附近, 各条输出特性曲线的上升部分属于饱和
区。 在这个区域, 不同ＩＢ值的各条特性曲线几乎重叠在一起, 即当 ＵＣＥ较小时, 管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ而变化,
这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,
ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ关系不成立。
一般认为ＵCE＝ＵBE, 即ＵCB＝０时, 三极管处于临界饱和状态, 当ＵCE＜ＵBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用ＵCES表示。在深
（2）直流电源VCC为电路提供能源, 保证三极管发射结正偏, 集电结反偏。 （3）偏置电阻 Rb 为基极提供合适的偏置电流。 （4） 集电极电阻 Rc其作用是将集电极电流的变化转换成电压的变华。 （5）耦合电容 C1、C2 其作用是隔直流、 通交流。 * 公共参考端：符号“⊥”为接地符号, 是电路中的零参考电位。
此电压一般较小, 仅有几伏左右。 上述电压一般存在如下关系：
U U U (BR)CBO
( BR)CEO
( BR) EBO
5. 温度对参数的影响
（1）温度对UBE的影响：温度升高，三极管输入特性曲线左
移；
（2）温度对ICBO的影响：温度升高，三极管输出特性曲线上 移；这是因为三极管反向电流ICBO与ICEO增大的缘故。
三极管的三种连接方式：
IE e
IC c
IB b
c
b
IC
IB IE e
b
IB IC
e
IE c
(a) 共基极
(b) 共发射极
(c) 共集电极
二、 三极管的电流分配和放大原理 实验电路示意图
c IC N
b IB Rb
UBB
P
N e
IE
Rc UCC
图 2 – 4 三极管中载流子的传输过程
实验电路接线图
Rb
截止失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。
注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表 现形式，与NPN管正好相反。
三、放大电路的工程估算--动态计算分析法
（1）三极管的微变等效电路
ic
ib b
c
uce
u
e
输
入
回
路
ib
b
等
效
ube
直流电源和耦合电容对交流相当于短路
二、 放大过程.原理 1 直流分析—静态工作点
▪直流分析即静态（ui=0）分析。 ▪静态分析的目的是通过直流通路分析放大电路中三极管的工作状态。 ▪静态分析有计算法和图解分析法两种。
（1）静态工作状态的计算分析法 根据直流通道可对放大电路的静态进行计算
IB
VCC VBE Rb
(a)直流通道
(b)交流通道
直流通道 交流通道
若流信B直电号、R向c/流源而E外/向R电时言看L外和源，，能，看即偏内没其通有，能置过阻有上直有通电交为压的流等过阻流零降交负效直R的，。流载b的流电。交设压电交的路流降C阻流1通、通电近，负道C道流似2载。R。流为足c电从、如过零够阻CR从直。大、b，C在，B。、、交对E 流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。
IC β IB
VCE VCC IC Rc
IB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基 本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位VB、VE和VC即可确定三极管的静态工 作状态。
（2）静态工作状态的图解分析法 输入回路方程：VBE =VCC－IBRb
直流负载方程 ：VCE=VCC－ICRc
度饱和时, 小功率管管压降通常小于０.３V。
三极管工作在饱和区时, 发射结和集电结都处于正向偏置状
态。对NPN三极管,ＵＢＥ＞０, ＵＢＣ＞０。
四、 三极管的主要参数
1. 电流放大系数 (1) 共发射极交流电流放大系数β。β体现共射极接法之下的电流
放大作用。
IC I B
UCE 常数
(2) 共发射极直流电流放大系数β。忽略穿透电流ICEO
（3）温度对β的影响：温度升高，三极管的β增大。
IB/ mA 0
0.2 0.4 0.6 UBE/ V
三极管的三种连接方式：
IE
IC
e
c
IB b
c
b
IC
IB IE e
b
IB IC
e
IE c
(a) 共基极
(b) 共发射极
(c) 共集电极
第2节 共射极放大电路
组成：基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种 基本组态放大电路。
(2) 集电极最大允许功率损耗ＰＣＭ。当三极管工作时, 管子两端电压为ＵＣ Ｅ, 集电极电流为ＩＣ, 因此集电极损耗的功率为：
PCM ICUCE
4. 反向击穿电压
Ｕ(BR)CBO——发射极开路时, 集电极-基极间的反向击穿电压。 Ｕ(BR)CEO——基极开路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 Ｕ(BR)CEO——集电极开路时, 发射极-基极间的反向击穿电压,
mA
－
Rb
IB
A
＋
＋
UBB
输入 回路
uBE
V －
V UCE －
三极管共发射极特性曲线测试电路
输出 回路
UCC
1.输入特性
当ＵＣＥ不变时, 输入 回路中的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之 间的关系曲线称为输入特性, 即
IB / mA
UCE= 0 V UCE> 1 V
IB f (UBE ) UCE 常数
0 0.2 0.4 0.6
(2) 放大区。
此时发射结正向运用, 集电结反向运用。 在曲线上是比较平坦的部分, 表示当ＩＢ一定时, ＩＣ的值基本上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电 流发生微小的变化量ΔＩＢ时, 相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔＩＣ, 此时二者的关系为
ΔＩＣ＝βΔＩＢ 该式体现了三极管的电流放大作用。 对于ＮＰＮ三极管, 工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V, 而ＵＢＣ＜０。
当三极管工作于放大区时,ic的大小只受ib控制,而与uCE 无关,即实现了三极管的受控恒流特性,ic=βib。所以,当输入回 路的ib给定时,三极管输出回路的集电极与发射极之间,可用一个 大小为βib的理想受控电流源来等效,如图3－10(c)所示。
（2） 放大电路的微变等效电路
把交流通路中的三极管，用微变等效电路代换，可得到放大电路的微 变等效电路。 1）画出放大电路的交流通路。 2）用三极管的微变等效电路代替交流通路中的三极管如图所示。
通过图解ห้องสมุดไป่ตู้析可得如下 结论：
1. vi vBE iB iC vCE |vo| 2. vo与vi相位相反；
3. 可测出电路的电压 放大倍数 4. 可确定最大不失真 输出幅度
(3) 最大不失真输出幅度
波形的失真
饱和失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。
直 流 负 载 线
（3） 放大过程.原理 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：
u C u i i i i R u C u β i 1 be b c ( b ) c c c 2 o
三极管放大作用
变化的 通i过c 转变R为c
变化的输出
2、交流分析（动态分析--
动态是指放大电路输入信号不为零时的工作状态。当放大电路加入交流信
IC
IB
2. 极间反向电流
ICBO A
(a ) ICBO
A ICEO
( b ) I CEO
3 极限参数 (1) 集电极最大允许电流ＩＣＭ。
2/3
O
ＩＣＭ
β与IC关系曲线
集电极ＩＣ电流超 过一定值时， β 要下降。当β值
下降到正常值的 2/3时，对应的集 电极电流称为集 电极最大允许电
流ＩＣＭ。
IC
实验表明：
① Ie= IC+IB； ② Ie和 IC比Ib大数十至数百倍，基本成比例关系，ＩＣ＝βＩＢ，这是三
极管的电流放大与控制作用；
③ IB=0， IC= ICEO，是由集电区穿过基区流向发射区的穿透电流；
④ 具备放大作用的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。
三、三极管的特性曲线
Rc IC ＋
b
ib
＋
ui
Rb
rbe
ic
c
＋
ib Rc
RL
uo
－ ri
(a)
－ ro
(b)考虑信号源内阻时的等效电路
b
ib
＋ rs
＋
ui Rb
rbe
us
－
－
ri
ic
c
＋
ib Rc
RL
uo
－ ro
(b)
（3）共射放大电路基本动态参数的估算
1）
（a）求有载电压放大倍数Au。
uo
ic
RL
ib
R
L
RL RC // RL